JP2016526637A - Air handling control for opposed piston engine with uniflow scavenging - Google Patents

Air handling control for opposed piston engine with uniflow scavenging Download PDF

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アカーテース パワー,インク.
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Abstract

ユニフロー掃気式、2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムにおいて、1つ以上のエンジン運転状態パラメータが感知され、第2パラメータに応答して、エンジン運転サイクルの最後のポートの閉鎖時に、エンジンの気筒内に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値が求められ、これらの数値が評価され、この評価に応答してこれらの数値の1つ以上が調整される。調整された数値を用いて、エアハンドリングシステム内での給気流およびEGR流の制御を行う。In an air handling system for a uniflow scavenging, two-stroke cycle opposed piston engine, one or more engine operating condition parameters are sensed and in response to the second parameter, the engine cylinders are closed when the last port of the engine operating cycle is closed. Numerical values of air handling parameters based on the state captured within are determined, these numerical values are evaluated, and one or more of these numerical values are adjusted in response to the evaluation. Using the adjusted numerical values, the air supply air flow and the EGR flow are controlled in the air handling system.

Description

[関連出願]
本出願は、以下の共通譲渡された出願の主題に関連する主題を含む:米国特許出願公開第2011/0289916号として公開された米国特許出願第13/068,679号、国際公開第2013/126347号として公開された国際出願US2013/026737号、米国特許出願公開第2013/0174548号として公開された米国特許出願第13/782,802号。
[Related applications]
This application includes subject matter related to the subject matter of the following commonly assigned applications: US Patent Application No. 13 / 068,679, published as US Patent Application Publication No. 2011/0289916, International Publication No. 2013/126347. No. 13 / 782,802 published as US 2013/0267737, published as US 2013/0174548.

本発明の分野は2ストロークサイクル内燃エンジンに関する。特に、本発明の分野は、燃焼のための加圧給気を供給し、燃焼生成物を処理するエアハンドリングシステムを具備した、ユニフロー掃気式対向ピストンエンジンに関する。いくつかの態様において、このようなエアハンドリングシステムは、排気を再循環させ、加圧給気と混合することにより、燃焼温度を低減する。   The field of the invention relates to two-stroke cycle internal combustion engines. In particular, the field of the invention relates to a uniflow scavenging opposed piston engine with an air handling system that provides pressurized charge for combustion and processes combustion products. In some embodiments, such an air handling system reduces the combustion temperature by recirculating the exhaust and mixing with the pressurized charge.

2ストロークサイクルエンジンは、クランクシャフトの完全な1回転と、クランクシャフトに連結したピストンの2ストロークとによってパワーサイクルが完了する内燃エンジンである。2ストロークサイクルエンジンの1例に、2つのピストンを、対向方向へ往復運動するよう気筒ボア内に対向配置した対向ピストンエンジンがある。気筒は、その両端の各々の付近に配置された、長手方向に離間した吸気ポートと排気ポートを設けている。対向ピストンの各々が、底部中央(BC)位置へ移動する際に各ポートを開放し、BCから頂部中央(TC)位置へ移動する際に閉鎖することで、ポートの1つを制御する。ポートの一方は燃焼生成物をボアから排出させるための通路を提供し、他方は給気をボア内に流入させるよう働くことから、これらはそれぞれ「排気」ポート、「吸気」ポートと呼ばれる。ユニフロー掃気式対向ピストンエンジンでは、給気が気筒内にその吸気ポートから流入し、排気が排気ポートから排出されることで、ガスが吸気ポートから排気ポートへと気筒内を一方向(「ユニフロー」)に流れるようになっている。   A two-stroke cycle engine is an internal combustion engine in which a power cycle is completed by one complete rotation of a crankshaft and two strokes of a piston connected to the crankshaft. As an example of a two-stroke cycle engine, there is an opposed piston engine in which two pistons are arranged oppositely in a cylinder bore so as to reciprocate in opposite directions. The cylinder is provided with an intake port and an exhaust port which are arranged in the vicinity of both ends of the cylinder and are spaced apart in the longitudinal direction. Each of the opposed pistons opens one port when moving to the bottom center (BC) position and closes when moving from the BC to the top center (TC) position to control one of the ports. Since one of the ports provides a passage for exhausting combustion products from the bore and the other serves to allow the intake air to flow into the bore, these are referred to as “exhaust” and “intake” ports, respectively. In a uniflow scavenging type opposed piston engine, supply air flows into the cylinder from its intake port and exhaust gas is exhausted from the exhaust port, so that gas flows in one direction from the intake port to the exhaust port ("uniflow"). ).

図1では、ユニフロー掃気式の2ストロークサイクル内燃エンジンは、少なくとも1ポートタイプの気筒50を設けた対向ピストンエンジン49によって具現化されている。例えば、エンジンは1ポートタイプ気筒、2ポートタイプ気筒、3ポートタイプ気筒、4ポートまたはそれ以上のポートタイプの気筒であってよい。各ポートタイプの気筒50はボア52と、気筒壁の各端部に形成または機械加工された、長手方向に離間した排気ポート54および吸気ポート56とを設けている。排気ポート54と吸気ポート56の各々は、隣接する開口どうしが中実の架橋部によって離隔された、円周上の1列以上の開口列を含む。いくつかの記述では、各開口を「ポート」と呼んでいるが、このような「ポート」の円周列の構造は図1に示すポートの構造と変わらない。図示の実施例では、エンジン49は2つのクランクシャフト71、72をさらに含む。ボア52内には、排気ピストン60と吸気ピストン62が、それぞれの端面61、63が互いに対面した形で摺動可能に配置されている。排気ピストン60はクランクシャフト71に結合しており、吸気ピストンはクランクシャフト72に結合している。   In FIG. 1, a uniflow scavenging two-stroke cycle internal combustion engine is embodied by an opposed piston engine 49 provided with at least a one-port type cylinder 50. For example, the engine may be a 1 port type cylinder, a 2 port type cylinder, a 3 port type cylinder, a 4 port or more port type cylinder. Each port type cylinder 50 has a bore 52 and longitudinally spaced exhaust ports 54 and intake ports 56 formed or machined at each end of the cylinder wall. Each of the exhaust port 54 and the intake port 56 includes one or more circumferential rows of openings in which adjacent openings are separated by a solid bridging portion. In some descriptions, each opening is referred to as a “port”, but the structure of the circumferential array of such “ports” is not different from the structure of the ports shown in FIG. In the illustrated embodiment, the engine 49 further includes two crankshafts 71, 72. In the bore 52, an exhaust piston 60 and an intake piston 62 are slidably disposed with their end faces 61 and 63 facing each other. The exhaust piston 60 is coupled to the crankshaft 71, and the intake piston is coupled to the crankshaft 72.

ピストン60、62がTC付近にある時に、ボア52内で、これらピストンの端面61と63との間に燃焼室が画定される。気筒50の側壁に貫通している開口内に位置決めされた少なくとも1本の燃料噴射器ノズル100を介して、燃料が燃料室に直接噴射される。燃料は、吸気ポート56を介してボア内に入った給気と混合される。空燃混合気は、端面どうしの間で圧縮されると、燃焼を生じる温度に達する。   A combustion chamber is defined in the bore 52 between the end faces 61 and 63 of the pistons when the pistons 60 and 62 are near TC. Fuel is directly injected into the fuel chamber via at least one fuel injector nozzle 100 positioned in an opening that penetrates the side wall of the cylinder 50. The fuel is mixed with the intake air that has entered the bore via the intake port 56. When the air / fuel mixture is compressed between the end faces, it reaches a temperature at which combustion occurs.

図1をさらに参照すると、エンジン49は、エンジン49に提供された給気の搬送と、エンジン49が生成したガスの排気とを扱うエアハンドリングシステム51を含む。エアハンドリングシステムの代表的な構造は、給気サブシステムと排気サブシステムを含んでいる。エアハンドリングシステム51において、給気サブシステムは、新鮮な空気を受容および処理して給気を生成する給気源と、この給気源に結合し、給気をエンジンの少なくとも1つの吸気ポートへ搬送する給気チャネルと、エンジンの1つ以上の吸気ポートに送達される前の給気(または給気を含むガスの混合物)を受容および冷却するために給気チャネル内に結合している少なくとも1つの空気冷却器とを含んでいる。このような冷却器は、空気‐液体装置、および/または空気‐空気装置、あるいはその他の冷却装置を備えることができる。排気サブシステムは、排気生成物をエンジンの排気ポートから搬送して別の排気部品へ送達させるための排気チャネルを含む。   With further reference to FIG. 1, the engine 49 includes an air handling system 51 that handles the conveyance of the supply air provided to the engine 49 and the exhaust of the gas produced by the engine 49. A typical structure for an air handling system includes an air supply subsystem and an exhaust subsystem. In the air handling system 51, the air supply subsystem is coupled to an air supply source that receives and processes fresh air to produce the air supply, and the air supply to the at least one intake port of the engine. At least coupled to the air supply channel for receiving and cooling the air supply channel carrying and the air supply (or a mixture of gases containing the supply air) prior to delivery to one or more intake ports of the engine One air cooler. Such coolers can comprise air-liquid devices and / or air-air devices, or other cooling devices. The exhaust subsystem includes an exhaust channel for conveying exhaust products from the engine exhaust port for delivery to another exhaust component.

さらに図1を参照すると、エアハンドリングシステム51は、共通のシャフト123上で回転するタービン121とコンプレッサ122を設けたターボチャージャ120を含む。タービン121は排気サブシステムに結合し、コンプレッサ122は給気サブシステムに結合している。ターボチャージャ120は、排気ポート54から出てこの排気ポート54から排気チャネル124内に直接流入する排気から、または、排気ポート54を介して出力された排気を収集する排気マニホルド125から排出されて排気チャネル124内へ流入する排気から、エネルギーを抽出する。これに関連して、タービン121がその内部を通過する排気によって回転される。これによりコンプレッサ122が回転されることで、新鮮な空気が圧縮されて給気が生成される。給気サブシステムはスーパーチャージャ110を含む。コンプレッサ122により出力された給気は給気チャネル126を通って冷却器127へ流れ、そこからスーパーチャージャ110によって吸気ポートへ送り込まれる。スーパーチャージャ110によって圧縮された給気を、冷却器129を介して吸気マニホルド130へ出力することができる。吸気ポート56は、スーパーチャージャ110により吸気マニホルド130を通って送り込まれた給気を受容する。多気筒式対向ピストンエンジンでは、吸気マニホルド130は、全ての気筒50の吸気ポート56と連通した吸気プレナムで構成されていることが好ましい。   Still referring to FIG. 1, the air handling system 51 includes a turbocharger 120 provided with a turbine 121 and a compressor 122 rotating on a common shaft 123. Turbine 121 is coupled to the exhaust subsystem and compressor 122 is coupled to the charge subsystem. The turbocharger 120 exits from the exhaust port 54 and directly flows into the exhaust channel 124 from the exhaust port 54 or is exhausted from the exhaust manifold 125 that collects exhaust gas output through the exhaust port 54. Energy is extracted from the exhaust flowing into the channel 124. In this connection, the turbine 121 is rotated by the exhaust passing through it. As a result, the compressor 122 is rotated, whereby fresh air is compressed and air supply is generated. The air supply subsystem includes a supercharger 110. The supply air output by the compressor 122 flows through the supply air channel 126 to the cooler 127 and is sent from there to the intake port by the supercharger 110. The supply air compressed by the supercharger 110 can be output to the intake manifold 130 via the cooler 129. The intake port 56 receives the supply air sent through the intake manifold 130 by the supercharger 110. In the multi-cylinder opposed piston engine, the intake manifold 130 is preferably composed of an intake plenum communicating with the intake ports 56 of all the cylinders 50.

いくつかの態様では、図1に示すエアハンドリングシステムは、排気をエンジンのポート付き気筒内で再循環させ、燃焼させることによって生じたNOx(窒素酸化物)排出を低減するように構成できる。再循環された排気は、ピーク燃焼温度を低減するために給気と混合され、これにより、NOxの生成が低減する。この工程は排気再循環(「EGR」)と呼ばれる。図示のEGR構造は、掃気中にポート54から流れてくる排気の一部を取り、これを、気筒の外部にあるEGRループを介して、給気サブシステム内に進入する新鮮な吸気の流れの中へ搬送する。EGRループはEGRチャネル131を含んでいることが好ましい。再循環された排気は、弁138(この弁は「EGR弁」とも呼ばれる)の制御下で、EGRチャネル131を通って流れる。   In some aspects, the air handling system shown in FIG. 1 can be configured to reduce NOx (nitrogen oxide) emissions caused by recirculating and burning the exhaust in a ported cylinder of the engine. The recirculated exhaust is mixed with the charge air to reduce the peak combustion temperature, thereby reducing NOx production. This process is called exhaust gas recirculation (“EGR”). The illustrated EGR structure takes a portion of the exhaust flowing from the port 54 during scavenging and passes it through an EGR loop external to the cylinders for the flow of fresh intake air entering the supply subsystem. Carry in. The EGR loop preferably includes an EGR channel 131. The recirculated exhaust flows through the EGR channel 131 under the control of a valve 138 (this valve is also referred to as an “EGR valve”).

多くの2ストロークエンジンにおいて、燃焼およびEGRオペレーションは、エンジンに送達される給気量に関連した様々な測定に基づいて監視および最適化される。例えば、気筒内でのストイキ燃焼に要する給気の基準質量に対する、気筒に送達された給気の質量の比率(「ラムダ」)は、或る範囲のエンジン運転状態にわたってNOxを制御するために使用される。しかし、ユニフロー掃気付きの2ストロークサイクル対向ピストンエンジンでは、各サイクルの一部についてポート開放回数が重複し、また、吸気ポートを介して気筒に送達された給気のいくらかが、排気ポートが閉鎖される前に気筒から流れ出す。掃気中に排気ポートから流れ出る給気は燃焼に利用することができない。そのため、ユニフロー掃気付き対向ピストンエンジンの気筒の吸気ポートに送達された給気に基づくラムダ値(「送達済ラムダ」)は、実際に燃焼に利用できる給気量を超える。   In many two-stroke engines, combustion and EGR operations are monitored and optimized based on various measurements related to the amount of charge delivered to the engine. For example, the ratio of the charge air mass delivered to the cylinder ("lambda") to the reference charge mass required for stoichiometric combustion in the cylinder is used to control NOx over a range of engine operating conditions. Is done. However, in a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging, the number of port opening times overlaps for a part of each cycle, and some of the supply air delivered to the cylinder via the intake port is closed. Before flowing out of the cylinder. The supply air flowing out of the exhaust port during scavenging cannot be used for combustion. Therefore, the lambda value (“delivered lambda”) based on the supply air delivered to the intake port of the cylinder of the opposed piston engine with uniflow scavenging exceeds the supply air amount actually available for combustion.

したがって、ユニフロー掃気式の対向ピストンエンジンにおけるエアハンドリング制御の精度を改善する必要がある。   Therefore, it is necessary to improve the accuracy of air handling control in a uniflow scavenging type opposed piston engine.

ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおいて、最後のポートが閉鎖することにより気筒内に捕集された給気に基づいて、ラムダが推定または計算される。これに関連し、最後に閉鎖するポートは吸気ポートまたは排気ポートのいずれであってもよい。これに関連して、最後のポートが閉鎖すること(以降、「最後のポート閉鎖」、または「LPC」)によって気筒内に捕集された給気質量の、気筒内でのストイキ燃焼に必要な基準の給気質量に対する比率を、「捕集されたラムダ」と呼ぶ。燃焼に利用できるのは捕集された給気であるので、捕集されたラムダ値は、エンジンの燃焼および排出の可能性を送達済みのラムダの値よりもより正確に表す。   In a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging, the lambda is estimated or calculated based on the charge collected in the cylinder by closing the last port. In this connection, the last port to close may be either an intake port or an exhaust port. In this connection, the charge mass trapped in the cylinder due to the closing of the last port (hereinafter “last port closing” or “LPC”) is required for stoichiometric combustion in the cylinder. The ratio to the reference charge mass is called “collected lambda”. Since it is the collected charge air that is available for combustion, the collected lambda value represents the engine's potential for combustion and emissions more accurately than the delivered lambda value.

いくつかの態様では、ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおける燃焼およびEGR動作が、最も最近のエンジン運転状態中に、LPC時における捕集された状態に基づいて監視および制御される。   In some aspects, combustion and EGR operation in a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging is monitored and controlled based on the collected state at LPC during the most recent engine operating conditions.

いくつかの態様では、ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムの制御は、最後のポートの閉鎖によって気筒内に捕集された給気に基づいて行われる。   In some aspects, the control of the air handling system of a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging is based on the charge collected in the cylinder by the last port closure.

ユニフロー掃気式、2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムを制御する方法は、1つ以上のエンジン運転状態変数を感知することと、前記感知ステップに応答し、LPC時に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値を求めることと、これらの数値を評価することと、評価ステップに応答して、これらの数値の1つ以上を調整することとを含む。いくつかの態様では、エアハンドリングパラメータは捕集されたラムダを含む。   A method of controlling an air handling system of a uniflow scavenging, two-stroke cycle opposed piston engine is based on sensing one or more engine operating state variables and in response to the sensing step and collected during LPC. Determining values for the air handling parameters, evaluating these values, and adjusting one or more of these values in response to the evaluation step. In some aspects, the air handling parameter includes the collected lambda.

いくつかのさらなる態様では、エアハンドリングパラメータは、掃気開始前における、燃焼後に気筒内に捕集されたガスの総質量に対する、燃焼の結果発生したガスの質量の比率として定義された、捕集された既燃ガス割合(trapped burned gas fraction)をさらに含む。   In some further aspects, the air handling parameter is defined as the ratio of the mass of gas generated as a result of combustion to the total mass of gas collected in the cylinder after combustion prior to the start of scavenging. In addition, a burned gas fraction is also included.

ユニフロー掃気式2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムを制御する方法は、1つ以上のエンジン運転状態変数を感知することと、この感知ステップに応答して、LPC時にエンジンの気筒内に捕集された状態に基づくエアハンドリングパラメータの数値を求めることと、これらの数値を評価することと、評価ステップに応答して、エアハンドリングシステム装置の動作を調整することとを含む。いくつかの態様では、エアハンドリングパラメータは捕集されたラムダを含む。いくつかの他の態様では、エアハンドリングパラメータは捕集された既燃ガス割合をさらに含む。   A method for controlling an air handling system of a uniflow scavenging two-stroke cycle opposed piston engine senses one or more engine operating state variables and collects them in the engine cylinder during LPC in response to this sensing step. Determining values of air handling parameters based on the determined state, evaluating these values, and adjusting the operation of the air handling system apparatus in response to the evaluation step. In some aspects, the air handling parameter includes the collected lambda. In some other aspects, the air handling parameter further includes a collected burned gas fraction.

EGR付きのエアハンドリングシステムを装備した対向ピストンエンジンの線図であり、「従来技術」と正確に標記されている。FIG. 2 is a diagram of an opposed piston engine equipped with an air handling system with EGR, accurately labeled “prior art”.

対向ピストンエンジンにおいてエアハンドリングシステムを規制するための制御機械化部を示す略図である。1 is a schematic diagram showing a control mechanization section for regulating an air handling system in an opposed piston engine.

エンジン運転中にエアハンドリング制御パラメータの数値を求めるためのループを示す制御フロー図である。It is a control flowchart which shows the loop for calculating | requiring the numerical value of an air handling control parameter during an engine driving | operation.

エアハンドリング制御パラメータの数値を評価および調整する工程を示す制御フロー図である。It is a control flowchart which shows the process of evaluating and adjusting the numerical value of an air handling control parameter.

図4の評価工程と調整工程を実現する制御機械化部を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the control mechanization part which implement | achieves the evaluation process and adjustment process of FIG.

エンジン運転状態の変動に応じた燃焼および排出の最適な制御を維持するために、ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンの給気チャネルを通る給気の流れを制御することが望ましい。図1のエンジンを基準として用いると、図2は、このような対向ピストンエンジンの、本明細書によるエアハンドリングシステムを制御するために有用な改良および追加に基づいた制御の機械化を示す。   In order to maintain optimal control of combustion and emissions in response to changes in engine operating conditions, it is desirable to control the flow of charge air through the charge channel of a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging. Using the engine of FIG. 1 as a reference, FIG. 2 shows the control mechanization based on the improvements and additions useful for controlling the air handling system according to the present description of such an opposed piston engine.

ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのための特定のEGRループ構造の1例に、図2に示す高圧構成がある(限定を意図するものではない)。これに関して、高圧EGRループは、タービン121への入力部の上流にある源から得た排気を、コンプレッサ122の出力部の下流にある混合点へ循環させる。このEGRループでは、EGRチャネル131とEGR弁138が、排気チャネル124からの排気の一部を給気チャネル126内へ分流させ、ここで、この排気の一部が、コンプレッサ122が出力した圧縮された新鮮な空気と混合される。アクチュエータ141は、EGR制御信号に応じて弁138の動作を制御する。排気/空気の混合が不要な場合は、弁138が完全に閉鎖して、排気成分を含まない給気が気筒に送達される。弁138の開放が増大するに従い、給気中に混合される排気の量が増える。反対に、弁138が開放状態から段々閉鎖するに従い、給気中に混合される排気の量は減っていく。このループは、再循環される排気を2つの冷却器127、129の冷却効果に晒す。より少ない冷却で利点がある場合は、当該の排気部分を冷却器127周囲でスーパーチャージャ110の入力部へ分流させることができ、この代替策では、当該の排気部分が給気冷却器129のみによって冷却されるようにする。排気のみを冷却する専用のEGR冷却器を、弁138と整列させて、または、弁138の出力ポートおよびスーパーチャージャ110への入力ポートと整列させて、EGRチャネル131内に組み込むことができる。   One example of a specific EGR loop structure for a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging is the high pressure configuration shown in FIG. 2 (not intended to be limiting). In this regard, the high pressure EGR loop circulates exhaust from a source upstream of the input to the turbine 121 to a mixing point downstream of the output of the compressor 122. In this EGR loop, the EGR channel 131 and the EGR valve 138 divert part of the exhaust from the exhaust channel 124 into the air supply channel 126, where part of this exhaust is compressed by the compressor 122. Mixed with fresh air. The actuator 141 controls the operation of the valve 138 according to the EGR control signal. When exhaust / air mixing is not required, the valve 138 is completely closed and the supply air without exhaust components is delivered to the cylinder. As the opening of the valve 138 increases, the amount of exhaust gas mixed during the supply air increases. On the other hand, as the valve 138 is gradually closed from the open state, the amount of exhaust gas mixed in the supply air decreases. This loop exposes the recirculated exhaust to the cooling effect of the two coolers 127,129. If there is an advantage with less cooling, the exhaust part can be diverted around the cooler 127 to the input of the supercharger 110, and in this alternative, the exhaust part is only supplied by the charge air cooler 129. Allow to cool. A dedicated EGR cooler that cools only the exhaust can be incorporated into the EGR channel 131 in alignment with the valve 138 or in alignment with the output port of the valve 138 and the input port to the supercharger 110.

図2のとおり、多くの態様では、スーパーチャージャ110は駆動機構111によりクランクシャフトに結合され、これによって駆動される。駆動機構111は、有段変速または連続可変変速(CVT)装置を備えることができ、この場合、駆動機構に提供された速度制御信号に応答してスーパーチャージャ110の速度を変更することで、給気の流れを変化させることができる。あるいは、駆動機構111は固定ギア装置であってよく、この場合には、スーパーチャージャ110は固定速度にて連続駆動される。このような場合、給気の流れは、スーパーチャージャ110の出力部をその入力部に結合する分流チャネル112の方法によって変化させられる。分流チャネル112にバイパス弁139を設けると、スーパーチャージャ出力部の下流での給気圧の変調によって、給気の流れを変化させることができる。いくつかの態様では、弁139は、分流制御信号に応答したアクチュエータ140によって動作される。   As shown in FIG. 2, in many aspects, the supercharger 110 is coupled to and driven by a drive mechanism 111 to the crankshaft. The drive mechanism 111 may comprise a stepped variable transmission or continuously variable transmission (CVT) device, in which case the feed mechanism 111 changes the speed of the supercharger 110 in response to a speed control signal provided to the drive mechanism. You can change the flow of mind. Alternatively, the drive mechanism 111 may be a fixed gear device. In this case, the supercharger 110 is continuously driven at a fixed speed. In such a case, the charge flow is varied by the method of the shunt channel 112 that couples the output of the supercharger 110 to its input. When the bypass valve 139 is provided in the diversion channel 112, the flow of the supply air can be changed by the modulation of the supply air pressure downstream of the supercharger output section. In some aspects, valve 139 is operated by actuator 140 in response to the shunt control signal.

図2に見られるように、ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジンのエアハンドリングシステムの制御の機械化はを含む。ECU149は、特定のエンジン運転状態に応答して、給気流と、加圧給気に混合する排気量とを、弁138、139(さらに恐らくはその他の弁)、多速度装置または可変速度装置を使用の場合にはスーパーチャージャ110、可変ジオメトリ装置を使用の場合にはターボチャージャを自動運転することによって、制御する構造になっていることが好ましい。当然、EGRに使用される弁とこれに関連する要素の動作は、電気、空気圧、機械、液圧作動動作の任意の1つ以上を含むことができる。迅速かつ精密な自動運転を行うためには、弁を、連続可変設定を設けた高速の、コンピュータ制御された装置にすることが好ましい。各弁は、気体を流入させるために開放する状態(ECU149が制御する設定に合わせて)と、気体の流入を阻止するために閉鎖する状態とを設けている。   As seen in FIG. 2, the mechanization of control of the air handling system of a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging involves. The ECU 149 uses a valve 138, 139 (and possibly other valves), a multi-speed device, or a variable-speed device to supply the air flow and the displacement mixed with the pressurized air in response to a specific engine operating state. In this case, it is preferable that the supercharger 110 is controlled, and the variable geometry device is controlled by automatically operating the turbocharger. Of course, the operation of the valves and associated elements used in EGR can include any one or more of electrical, pneumatic, mechanical and hydraulic actuation operations. For quick and precise automatic operation, the valve is preferably a high speed, computer controlled device with a continuously variable setting. Each valve is provided with a state of being opened to allow gas to flow in (according to a setting controlled by the ECU 149) and a state of being closed to prevent the inflow of gas.

ユニフロー掃気付き2ストロークサイクル対向ピストンエンジン(以降「エンジン」)のエアハンドリングシステムを制御する方法は、気筒の最後のポートの閉鎖によってエンジンの気筒内に捕獲された燃焼要素の大きさおよび比率を計算または推定するために、様々なパラメータを使用する。これに関して、「燃焼要素」は燃焼の構成成分および燃焼生成物の一方または両方を含む。これらの方法をより理解するために、これらの要素を表すべく使用された多数のエアハンドリングパラメータを、図2のエアハンドリング制御の機械化の様々な要素を参照しながら説明する。特に記載がない限り、以下の説明における全てのエアハンドリングパラメータはSI単位を有する。

[エアハンドリングパラメータ]
air =新鮮な空気の質量流量(kg/秒)
egr =EGRガスの質量流量(kg/秒)
SC =気筒に送達された給気の質量流量(kg/秒)
=命令されたエンジン燃料噴射量(kg/秒)
res =気筒内の残留物の質量(kg)
Mtr=LPCにおいて気筒内に捕獲されたガスの質量(kg)
Mret=気筒内に保持された送達済給気の質量(kg)
del=気筒に送達された給気の質量(kg)
O2_air=新鮮な空気中のOの質量分率
O2_egr=EGR中のOの質量分率
O2_res=気筒残留物中のOの質量分率
O2_im=吸気マニホルド内のOの質量分率
comp_out=コンプレッサ排出温度(K)
egr=冷却器を出た後のEGR温度(K)
tr=LPCにおいて気筒内に捕獲された給気の温度(K)
[Ojm=吸気マニホルド内のOの容積濃度の割合
[Oegr=排気中のOの容積濃度の割合
[Oair=新鮮な空気中のOの容積濃度の割合
(O/F)=化学量論的な酸素対燃料比率
(A/F)=化学量論的な空気対燃料比率
γ=特定の熱の比率
N=気筒数
=気筒毎の置換容積(m
tr=LPCにおける気筒毎の置換容積(m
R=空気のガス定数(J/Kg/k)
O2=酸素のガス定数(J/Kg/k)
AFR=ディーゼルの化学量論的な空気燃料比率
AFR=全体的な空気燃料比率(新鮮な空気と燃料の比率)
exh=排気圧
im=吸気マニホルド圧
rail=燃料レール圧力
Inj_time=噴射タイミング
A method for controlling the air handling system of a two-stroke cycle opposed piston engine (hereinafter “engine”) with uniflow scavenging calculates the size and ratio of the combustion elements captured in the cylinder of the engine by closing the last port of the cylinder Or use various parameters to estimate. In this regard, a “combustion element” includes one or both of combustion components and combustion products. To better understand these methods, a number of air handling parameters used to represent these elements will be described with reference to the various elements of mechanization of air handling control in FIG. Unless otherwise noted, all air handling parameters in the following description have SI units.

[Air handling parameters]
W air = mass flow rate of fresh air (kg / sec)
W egr = mass flow rate of EGR gas (kg / sec)
W SC = mass flow rate of supply air delivered to the cylinder (kg / sec)
W f = commanded engine fuel injection rate (kg / sec)
M res = mass of residue in cylinder (kg)
Mass of the gas trapped in the cylinder at Mtr = LPC (kg)
Mret = mass of delivered charge held in cylinder (kg)
M del = mass of supply air delivered to the cylinder (kg)
m O2_air = Fresh O 2 in air mass fraction m O2_egr = mass fraction of O 2 in the mass fraction of O 2 m O2_res = cylinder residue in in EGR m O2_im = intake manifold of O 2 Mass fraction T comp_out = Compressor discharge temperature (K)
T egr = EGR temperature after leaving the cooler (K)
The temperature of the supply air trapped in the cylinder at T tr = LPC (K)
[O 2 ] jm = proportion of volume concentration of O 2 in the intake manifold [O 2 ] egr = proportion of volume concentration of O 2 in the exhaust [O 2 ] air = volume concentration of O 2 in fresh air Ratio (O 2 / F) S = Stoichiometric oxygen to fuel ratio (A / F) S = Stoichiometric air to fuel ratio γ = Specific heat ratio N = Number of cylinders V d = Per cylinder Replacement volume (m 3 )
Replacement volume for each cylinder at V tr = LPC (m 3 )
R = gas constant of air (J / Kg / k)
R O2 = oxygen gas constant (J / Kg / k)
AFR s = Diesel stoichiometric air fuel ratio AFR g = Overall air fuel ratio (fresh air to fuel ratio)
P exh = exhaust pressure P im = intake manifold pressure P rail = fuel rail pressure Inj_time = injection timing

定常状態条件下で、給気質量流量(Wsc)は次式の通り計算できる:

sc=Wair+Wegr 数式1
Under steady state conditions, the charge mass flow rate (W sc ) can be calculated as:

W sc = W air + W egr Formula 1

EGRを装備していないエンジンの場合、給気質量流量は次式の通りになる:

sc=Wair 数式2
For engines that are not equipped with EGR, the charge mass flow is:

W sc = W air Formula 2

給気質量流量、空気質量流量、EGR質量流量は、エンジンに多数のアプローチを適用して求められる。   The charge mass flow, air mass flow, and EGR mass flow are determined by applying a number of approaches to the engine.

[空気質量流の測定/推定] [Measurement / estimation of air mass flow]

新鮮な空気の質量流量を測定するために簡単に利用できる一つの解決法は、熱線質量流センサ202の使用である。この場合、センサ202はリアルタイムで新鮮な空気の質量流量を直接出力する。このアプローチは非常に単純であるが、比較的高価である。   One solution that is readily available for measuring fresh air mass flow is the use of a hot wire mass flow sensor 202. In this case, the sensor 202 directly outputs the mass flow rate of fresh air in real time. This approach is very simple but relatively expensive.

センサ202を省けばコストと複雑性を抑えることができる。その代わりに、新鮮な空気の質量流量を、エンジン排出NOx(またはO2)センサ203で測定した排気燃料比率に基づいて計算、推定、または推量することができる。
数式3
If the sensor 202 is omitted, cost and complexity can be reduced. Instead, the fresh air mass flow rate can be calculated, estimated, or estimated based on the exhaust fuel ratio measured by the engine exhaust NOx (or O 2) sensor 203.
Formula 3

(A/F)は既知の燃料性質である。ECU149は、命令された燃料噴射量としての燃料流量を推定することができる。 (A / F) s is a known fuel property. The ECU 149 can estimate the fuel flow rate as the commanded fuel injection amount.

新鮮な空気の質量流を推定する別の方法に次式がある:

air=Wsc−Wegr 数式4
Another method for estimating fresh air mass flow is:

W air = W sc −W egr Formula 4

ここでは、給気質量流量に利用できる優れた測定/推定(以下の数式8または数式10)と、EGR質量流量に利用できる優れた測定/推定(以下の数式5または数式6)が存在すると仮定する。   Here, it is assumed that there is an excellent measurement / estimation (Equation 8 or 10 below) that can be used for the charge air mass flow and an excellent measurement / estimation (Equation 5 or 6 below) that can be used for the EGR mass flow. To do.

[EGR質量流の測定/推定] [Measurement / Estimation of EGR Mass Flow]

EGR流量を測定する1つのアプローチは、弁138の下流におけるEGR導管131内の排気が導管126内の新鮮な空気と混合する前に、EGR導管131内にベンチュリを位置決めするというものである。この場合、EGR流量は、ベンチュリにわたる圧力降下、上流圧および温度によって求められる。流量係数を求め、負荷および速度と共に変動する圧力脈動に適応するべく、いくつかの較正が必要である。
数式5
One approach to measuring EGR flow is to position the venturi in the EGR conduit 131 before the exhaust in the EGR conduit 131 downstream of the valve 138 mixes with fresh air in the conduit 126. In this case, the EGR flow rate is determined by the pressure drop across the venturi, upstream pressure and temperature. Some calibration is required to determine the flow coefficient and to accommodate pressure pulsations that vary with load and speed.
Formula 5

エンジン内のEGR流量を計算する別の方法に、吸気マニホルド130内の酸素と、排気とを測定するものがある。エンジン排出ガス中の酸素の測定は、NOxセンサ203から容易に利用可能である。また、排気流128内に広帯域O2センサを設定することによっても測定できる。吸気マニホルドの酸素も、広帯域O2センサ205を使用して類似の方法で測定できる。   Another method for calculating the EGR flow rate in the engine is to measure oxygen and exhaust in the intake manifold 130. Measurement of oxygen in engine exhaust gas is readily available from the NOx sensor 203. It can also be measured by setting a broadband O2 sensor in the exhaust stream 128. Intake manifold oxygen can also be measured in a similar manner using broadband O 2 sensor 205.

吸気マニホルドO2センサは吸気マニホルド圧力を補填するものでなくてはならない。吸気O2濃度と排気O2濃度が得られたら、EGRガスの質量流量を次式の通り計算することができる:
数式6
The intake manifold O2 sensor must compensate for intake manifold pressure. Once the intake O2 concentration and exhaust O2 concentration are obtained, the mass flow rate of EGR gas can be calculated as:
Formula 6

数式6は、新鮮な空気とのEGR混合の工程が断熱性および等圧性であり(この場合にはコンプレッサ122の排出圧力)、EGRおよび新鮮な空気のガス特性が同一であるという仮定に基づいたものである。空気中のO濃度は、気圧および相対湿度と共に変化する既知数のものであるため、数式7に示すようなマップから取得できる。 Equation 6 is based on the assumption that the process of EGR mixing with fresh air is adiabatic and isobaric (in this case, the exhaust pressure of the compressor 122), and the gas characteristics of EGR and fresh air are the same. Is. Since the O 2 concentration in the air is a known number that changes with the atmospheric pressure and the relative humidity, it can be obtained from a map as shown in Equation 7.

EGR温度は、温度センサ210で測定したタービン入口における排気の温度と同じであると仮定できる。また、EGR温度は、EGR弁138の前または後ろのEGR配管内に設置できる温度センサ(図示せず)からも取得できる。

[Oair=f(Patm,Humrel) 数式7
It can be assumed that the EGR temperature is the same as the exhaust temperature at the turbine inlet measured by the temperature sensor 210. The EGR temperature can also be obtained from a temperature sensor (not shown) that can be installed in the EGR pipe before or behind the EGR valve 138.

[O 2 ] air = f (P atm , Hum rel ) Equation 7

[吸気質量流量の推定] [Intake mass flow estimation]

EGRガスの質量流量と新鮮な空気の質量流量が決定すると、給気の質量流量を、エンジン構造に応じて数式1または数式2に基づいて求めることができる。   When the mass flow rate of EGR gas and the mass flow rate of fresh air are determined, the mass flow rate of the supply air can be obtained based on Equation 1 or Equation 2 depending on the engine structure.

あるいは、給気の質量流量を、オリフィスとしてのエンジン気筒を数式8に示す関係に基づいてモデリングすることにより、数学的に求めることも可能である。
数式8
Alternatively, the mass flow rate of the supply air can be calculated mathematically by modeling the engine cylinder as an orifice based on the relationship shown in Formula 8.
Formula 8

エンジン速度(RPM)、排出圧力(Pexh)、給気マニホルド圧(Pim)によりインデックスされたルックアップテーブル(LUT)を使用して、C(排出係数)を、エンジン全体にわたる各々の速度/圧力比について較正することができる。

=LUT(RPM,Pexh,Pim) 数式9
Using a look-up table (LUT) indexed by engine speed (RPM), exhaust pressure (P exh ), charge manifold pressure (P im ), C d (emission factor) is calculated for each speed across the engine. Can be calibrated for / pressure ratio.

C d = LUT (RPM, P exh , P im ) Equation 9

効率的なオリフィス領域(Aeff)は、吸気ポートと排気ポートのポート数およびポートタイミングに基づいて計算できる。 The effective orifice area (A eff ) can be calculated based on the number of intake and exhaust ports and the port timing.

吸気マニホルド圧は、差分吸気マニホルド圧センサ207から直接読み取ることができる。センサ207をスーパーチャージャ110よりも後ろに配置している場合は、吸気マニホルド圧は、スーパーチャージャ110の出口圧から、給気冷却器129の推定される圧力降下を減算することで計算できる。   The intake manifold pressure can be read directly from the differential intake manifold pressure sensor 207. When the sensor 207 is arranged behind the supercharger 110, the intake manifold pressure can be calculated by subtracting the estimated pressure drop of the charge air cooler 129 from the outlet pressure of the supercharger 110.

排気マニホルド圧は、排気マニホルド125内に配置した圧力センサ209から直接読み取ることができる。いくつかの場合において、圧力センサを排気マニホルドの内部に直接配置できないことがある。その場合には、数式8の排気マニホルド圧の代わりに、タービン入口圧センサ210からの読み取り値を用いることができる。   The exhaust manifold pressure can be read directly from a pressure sensor 209 disposed within the exhaust manifold 125. In some cases, it may not be possible to place the pressure sensor directly inside the exhaust manifold. In that case, the reading value from the turbine inlet pressure sensor 210 can be used instead of the exhaust manifold pressure of Equation 8.

給気質量流量を推定する別のアプローチは、スーパーチャージャ110にわたる圧力比、スーパーチャージャ速度、スーパーチャージャ効率に基づいている。

sc=f(sc_speed,PRsc) 数式10
Another approach to estimating charge mass flow is based on pressure ratio across the supercharger 110, supercharger speed, and supercharger efficiency.

W sc = f (sc_speed, PR sc ) Equation 10

スーパーチャージャ110が連続可変駆動部111によって駆動される場合は、速度センサを使用してスーパーチャージャ速度(sc_speed)を測定できる。スーパーチャージャ圧力比(PRsc)は、吸気マニホルド圧をスーパーチャージャ入口圧で除算することで算出できる。スーパーチャージャ入口圧は、コンプレッサ出口で測定された圧力から、給気冷却器127にわたり推定される圧力降下を引くことで計算できる。あるいは、圧力センサ211を給気冷却器127より後方に配置して、スーパーチャージャ入口圧を直接報告できるようにしてもよい。この場合、コンプレッサの出口圧力は、給気冷却器127にわたって推定される圧力降下をスーパーチャージャ入口圧測定値に加算して算出できる。 When the supercharger 110 is driven by the continuously variable drive unit 111, the supercharger speed (sc_speed) can be measured using a speed sensor. The supercharger pressure ratio (PR sc ) can be calculated by dividing the intake manifold pressure by the supercharger inlet pressure. The supercharger inlet pressure can be calculated by subtracting the estimated pressure drop across the charge air cooler 127 from the pressure measured at the compressor outlet. Alternatively, the pressure sensor 211 may be arranged behind the supply air cooler 127 so that the supercharger inlet pressure can be reported directly. In this case, the compressor outlet pressure can be calculated by adding the estimated pressure drop across the charge air cooler 127 to the supercharger inlet pressure measurement.

給気冷却器127にわたる圧力降下は、給気流量を圧力降下に関連付けするルックアップテーブルから推定できる。あるいは、給気冷却器127に渡る圧力降下は差圧センサを使用して直接測定することもできる。   The pressure drop across the charge air cooler 127 can be estimated from a look-up table relating the charge air flow rate to the pressure drop. Alternatively, the pressure drop across the charge air cooler 127 can be measured directly using a differential pressure sensor.

[給気比の推定] [Estimation of air supply ratio]

上記の方法のいずれかによって給気質量流量を求めると、給気比(Λ)を求めることができる。本開示の給気比の定義を数式11に示す。
数式11
When the air supply mass flow rate is obtained by any of the above methods, the air supply ratio (Λ) can be obtained. The definition of the air supply ratio of the present disclosure is shown in Formula 11.
Formula 11

[掃気効率の推定] [Estimation of scavenging efficiency]

次に、掃気効率を計算する。エアハンドリングシステム制御方法の目的のために、掃気効率は次式のとおり定義される。
数式12
Next, the scavenging efficiency is calculated. For the purposes of the air handling system control method, the scavenging efficiency is defined as:
Formula 12

掃気効率は、給気比およびエンジン速度を掃気効率と関連付ける経験モデルから算出できる。経験モデルは、マッピング工程中にエンジンから収集した掃気データより展開することができる。

ηsc=f(RPM,Λ*) 数式13
The scavenging efficiency can be calculated from an empirical model that relates the charge ratio and engine speed to the scavenging efficiency. An empirical model can be developed from scavenging data collected from the engine during the mapping process.

η sc = f (RPM, Λ * ) Equation 13

エアハンドリングシステム制御方法では、算出した掃気効率を用いて、次式のとおり定義されるエンジン捕集効率を求める:
数式14
The air handling system control method uses the calculated scavenging efficiency to determine the engine collection efficiency defined as:
Formula 14

数式12と数式14を組み合わせると次式が得られる:
数式15
Combining Equation 12 and Equation 14 yields:
Formula 15

気筒内に捕集されたガス塊の量は、次式の2領域非等温モデルに基づいて算出できる:
数式16
The amount of gas mass trapped in the cylinder can be calculated based on the following two-region non-isothermal model:
Formula 16

ここで、ρdelは最後に閉鎖するポートに送達された給気の密度であり、ρresは最後に閉鎖する気筒内残留ガスの密度である。これらは次式の通りに算出できる:
数式17
数式18a
数式18b
Here, ρ del is the density of the supply air delivered to the port that is closed last, and ρ res is the density of the residual gas in the cylinder that is closed last. These can be calculated as:
Formula 17
Formula 18a
Formula 18b

排気温度はセンサ210から取得できる。また、温度センサを排気マニホルド125内に配置することで直接取得することもできる。さらに、気筒内圧力を測定するためにセンサが設けられている場合には、数式17、数式18aのPimを、最後に閉鎖するポート(PLPC)にて測定された気筒内圧力で置き換えることができる。 The exhaust temperature can be acquired from the sensor 210. It can also be obtained directly by placing a temperature sensor in the exhaust manifold 125. Furthermore, if the sensor is provided for measuring the cylinder pressure, Equation 17, replacing the P im formula 18a, with the last measured at the port (P LPC) for closing the cylinder pressure Can do.

各サイクルにおいて1つの気筒に送達される空気塊を、給気質量流量およびエンジン速度から次式の通り算出できる:
数式19
The air mass delivered to one cylinder in each cycle can be calculated from the charge mass flow rate and engine speed as follows:
Formula 19

数式15のMtr、Mdelの値を置き換えることで、数式17に示すとおりに捕集効率を計算できる:
数式20
By replacing the values of M tr and M del in Equation 15, the collection efficiency can be calculated as shown in Equation 17:
Formula 20

[捕集されたラムダの推定] [Estimation of collected lambda]

捕集されたラムダを求めるには、気筒内に捕集された酸素質量の算出から開始する。数式21では、気筒内に捕集された酸素質量が得られる。
数式21
To find the collected lambda, start by calculating the mass of oxygen collected in the cylinder. In Formula 21, the mass of oxygen collected in the cylinder is obtained.
Formula 21

ここで、MO2_airは気筒に送達された新鮮な空気中の酸素質量であり(数式22)、次式の通りに算出することができる:
数式22
数式23
数式24
Where M O2_air is the oxygen mass in fresh air delivered to the cylinder (Equation 22) and can be calculated as:
Formula 22
Formula 23
Formula 24

気筒に送達されたEGR中のMO2_egrは酸素質量であり、数式25に基づいて計算できる:

数式25
数式26
数式27
M O2 — egr in the EGR delivered to the cylinder is the oxygen mass and can be calculated based on Equation 25:

Formula 25
Formula 26
Equation 27

EGR割合x=(EGR/EGR+CHARGE AIR)を用いれば、燃焼化学量論に基づいて、送達されたEGR中の酸素質量も次式の通り算出することができる。
数式28
If the EGR ratio x = (EGR / EGR + CHARGE AIR) is used, the oxygen mass in the delivered EGR can also be calculated based on the combustion stoichiometry as follows.
Formula 28

O2_resは、掃気工程完了後に気筒内に残った残留ガス中の酸素質量である。これは、数式25に示すように、掃気効率、前のサイクルからの捕集された酸素の質量、燃料噴射量の知識に基づいて計算できる。
数式29
M O2 — res is the mass of oxygen in the residual gas remaining in the cylinder after the scavenging process is completed. This can be calculated based on knowledge of scavenging efficiency, mass of oxygen collected from the previous cycle, and fuel injection amount, as shown in Equation 25.
Formula 29

エンジンに吸気マニホルド酸素センサが取り付けられている場合には、捕集された酸素を数式30に示すとおりに計算することもできる。

O2_tr=ηtrO2_im+MO2_res 数式30
When the intake manifold oxygen sensor is attached to the engine, the collected oxygen can be calculated as shown in Equation 30.

M O2tr = η tr M O2im + M O2 — res Equation 30

ここで、MO2_scは、吸気マニホルド内に送達された酸素の総質量であり、次式の通り算出できる。

数式31
数式32
数式33
Here, M O2 — sc is the total mass of oxygen delivered into the intake manifold and can be calculated as:

Formula 31
Formula 32
Formula 33

最後に、捕集されたラムダを数式34の通りに算出できる。

数式34
Finally, the collected lambda can be calculated as in Equation 34.

Formula 34

[捕集された既燃ガスの割合] [Percentage of burned gas collected]

気筒内に捕集された既燃ガスの総質量は、エンジンの掃気および捕集効率の変化と共に変わる。このパラメータのために、既燃ガスが、燃焼の結果生成されたガス(すなわちCO(二酸化炭素)とHO(水))として定義される。そのため、1の既燃ガスの割合はストイキ燃焼を表し、燃料(C)をCOおよびHOに変換するために空気中の全ての酸素が使い切られたことを意味する。 The total mass of burned gas collected in the cylinder changes with changes in engine scavenging and collection efficiency. For this parameter, burned gas is defined as the gas produced as a result of combustion (ie, CO 2 (carbon dioxide) and H 2 O (water)). Thus, a burned gas ratio of 1 represents stoichiometric combustion, meaning that all the oxygen in the air has been used up to convert the fuel (C x H y ) to CO 2 and H 2 O.

外部EGRがエンジンに供給されている状態で、捕集された既燃ガスの割合を次式の通りに算出できる:

数式35
With the external EGR being supplied to the engine, the fraction of burned gas collected can be calculated as:

Formula 35

ここで、Megrは、数式36に示す、吸気ポートを介して送達されたEGRの質量である。
数式36
Here, M egr is the mass of EGR delivered through the intake port, as shown in Equation 36.
Formula 36

排気(BFexh)中の既燃ガスの質量割合は、燃焼化学量論に基づいて算出できる。
数式37
The mass ratio of the burned gas in the exhaust gas (BF exh ) can be calculated based on the combustion stoichiometry.
Formula 37

AFRは既知のディーゼル燃料量である。AFRは新鮮な空気の質量流量を燃料流量で割ることで得られる。 AFR s is a known amount of diesel fuel. AFR g is obtained by dividing the mass flow rate of fresh air by the fuel flow rate.

残留ガスの質量は、数式38に示す通りηscおよびMtrから求められる。

res=(1−ηsc)Mtr 数式38
The mass of the residual gas is obtained from η sc and M tr as shown in Equation 38.

M res = (1−η sc ) M tr Formula 38

残留物(BFres)中の既燃ガス質量割合は、既に推定されている捕集されたラムダおよび捕集された質量に基づく。

数式39
The burnt gas mass fraction in the residue (BF res ) is based on the presumed collected lambda and the collected mass.

Formula 39

ここで、Mは各気筒にサイクル毎に噴射される燃料の質量であり、数式40に示す通りに計算できる。

数式40
Here, M f is the mass of fuel injected into each cylinder for each cycle, and can be calculated as shown in Equation 40.

Formula 40

数式41は、捕集された既燃ガスの割合を求めるための代替方法を提供する。

数式41
Equation 41 provides an alternative method for determining the fraction of burned gas that has been collected.

Formula 41

[エンジン排出排気の推定] [Estimation of engine exhaust]

捕集された空燃比と、捕集された既燃ガス質量の割合が推定されると、エンジンが排出する排気成分(「エンジン排出排気」)を推定するために、経験モデルが作成され得る。懸念される主要排出は、エンジン排出NOxおよびエンジン排出煤煙である。これらは次式のとおり算出できる:

[NO,Soot]=f(RPM,W,λtr,BFtr,Prail,Inj_time,Ttr
Once the ratio of the collected air-fuel ratio and the collected burned gas mass is estimated, an empirical model can be created to estimate the exhaust components ("engine exhaust emissions") that the engine exhausts. The major emissions of concern are engine exhaust NOx and engine exhaust soot. These can be calculated as:

[NO x, Soot] = f (RPM, W f, λ tr, BF tr, P rail, Inj_time, T tr)

ここで、Ttrは、サイクルの開始時において気筒内に捕集されていた質量の温度である。これは次式のとおり計算できる:
数式42
Here, T tr is the temperature of the mass collected in the cylinder at the start of the cycle. This can be calculated as:
Formula 42

経験モデルは、複数のルックアップテーブル、または、神経回路網や基底関数のようなパラメータ化されていない数学機能に基づくものであってよい。   The empirical model may be based on multiple look-up tables or non-parameterized mathematical functions such as neural networks and basis functions.

[エアハンドリング制御] [Air handling control]

エアハンドリング制御は、図2に示すものに基づくエアハンドリング制御の機械化を使用して実現でき、ここで、ECU149は、エアハンドリングシステムの運転を図3〜図5の図表で示す方法によって制御するようにプログラムできる。これに関連し、図3は、LPCにて、エンジンの気筒内に捕集された状態に基づく、エアハンドリング制御パラメータの数値を求めるためのループを示す。図4では、このエアハンドリング制御パラメータの数値を評価および調整する工程を示す。図5は、図4の評価および調整工程を実現する好ましい制御機械化部を概略的に示す。   Air handling control can be implemented using mechanization of air handling control based on that shown in FIG. 2, where the ECU 149 controls the operation of the air handling system by the method shown in the charts of FIGS. Can be programmed. In this regard, FIG. 3 shows a loop for determining the numerical value of the air handling control parameter based on the state collected in the cylinder of the engine in the LPC. FIG. 4 shows a process of evaluating and adjusting the numerical value of the air handling control parameter. FIG. 5 schematically illustrates a preferred control mechanization that implements the evaluation and adjustment process of FIG.

図3を参照すると、ループ300は、現在のエンジン運転状態におけるエアハンドリングパラメータの現在の数値を求めるために、302にて、利用可能なエンジンセンサを読み出す。ECU149は、これらのセンサ値を用いて、トルク要求(負荷)およびRPMに関して現在のエンジン運転状態を決定し、また、数式1〜36に本質的に対応した一連の運転および計算を備えたルーチンを実行する。これに関連し、ルーチンは、まずステップ304で、新鮮な空気の値、EGRの値、給気流の値を求め、ステップ305で給気比を求め、ステップ306で掃気効率と捕集効率を求める。次に、ルーチンは、ステップ304、305、306で求めたパラメータ値を使用して、捕集された状態を表すパラメータ値をステップ307、308で求める。これは、これらの値が現在のエンジン運転状態を反映しているためであり、これらのパラメータ値に関連したパラメータを「実際の」と呼ぶ。ステップ307で、実際の捕集された質量(Mtr)および実際の捕集されたラムダ(λtr)を計算する。ステップ308で、実際の捕集された既燃ガスの割合(BFtr)および実際の捕集された温度(Ttr)を計算する。 Referring to FIG. 3, the loop 300 reads available engine sensors at 302 to determine the current value of the air handling parameter at the current engine operating condition. ECU 149 uses these sensor values to determine the current engine operating conditions with respect to torque demand (load) and RPM, and a routine with a series of operations and calculations essentially corresponding to Equations 1-36. Run. In this regard, the routine first determines the fresh air value, EGR value, and air supply value at step 304, the air supply ratio at step 305, and the scavenging efficiency and collection efficiency at step 306. . Next, the routine uses the parameter values obtained in steps 304, 305, and 306 to obtain parameter values representing the collected state in steps 307 and 308. This is because these values reflect the current engine operating conditions, and the parameters associated with these parameter values are referred to as “actual”. In step 307, the actual collected mass (M tr ) and the actual collected lambda (λ tr ) are calculated. At step 308, the actual collected burned gas fraction (BF tr ) and the actual collected temperature (T tr ) are calculated.

ループ300のステップ307、308で求めた実際の捕集されたパラメータ値が、図4に示す望ましい捕集された気筒状態ルーチン400に供給される。いくつかの態様においては、この望ましい捕集された気筒状態ルーチンはECU149によって実行される。このルーチンは、LPCにおける望ましい捕集されたラムダと、LPCにおける望ましい捕集された既燃ガス割合とを、負荷(エンジントルク)およびRPMによってインデックスされたルックアップテーブル(マップ)に基づいて求める。テーブルに格納されている望ましいパラメータ値は、エンジントルクおよびRPMで表されたエンジン運転状態について、望ましい性能目標および排出目標と合致する。これらのマップは、エンジン動力計テストに基づく経験データを事前に入力し、ECU149内に、またはECU149によって、格納することができる。   The actual collected parameter values determined in steps 307, 308 of loop 300 are provided to the desired collected cylinder state routine 400 shown in FIG. In some aspects, this desired collected cylinder status routine is executed by the ECU 149. This routine determines the desired collected lambda in the LPC and the desired collected burned gas percentage in the LPC based on a lookup table (map) indexed by load (engine torque) and RPM. The desired parameter values stored in the table are consistent with the desired performance and emission targets for engine operating conditions expressed in engine torque and RPM. These maps can be pre-populated with experience data based on engine dynamometer tests and stored in ECU 149 or by ECU 149.

図4の通り、望ましい捕集された気筒状態ルーチン400は、ステップ402で、現在のエンジン運転状態についての望ましい捕集されたラムダおよび捕集された既燃ガスの割合値を求めるためにマップにアクセスし、次に、ステップ404で、実際の捕集されたラムダ数値を、望ましい捕集されたラムダ数値と比較することによって評価する。この比較工程は、実際の捕集された値から望ましい捕集された値を減算することを含むことが好ましい。この差分の絶対値が閾値よりも大きい場合には、ステップ405で、この差分を許容可能な限度内に留めるために、望ましい捕集された気筒状態ルーチン400が新鮮な空気流と吸気マニホルド圧のいずれか一方(または両方)を調整する。図2を参照すると、この結果は、変速機と推測されるスーパーチャージャ駆動部111を制御することによって達成できる。スーパーチャージャ110の速度を変化させることで、新鮮な空気流または吸気マニホルド圧を調整することが可能である。あるいは、スーパーチャージャ駆動部111が固定型駆動装置である場合には、バイパス弁アクチュエータ140により、バイパス弁139の設定を、スーパーチャージャの出力をその入力部へ分流させるように変更することで、同じ結果が得られる。   As shown in FIG. 4, the desired trapped cylinder status routine 400 maps to the map at step 402 to determine the desired trapped lambda and trapped burned gas percentage values for the current engine operating condition. Then, in step 404, the actual collected lambda value is evaluated by comparing it with the desired collected lambda value. This comparison step preferably includes subtracting the desired collected value from the actual collected value. If the absolute value of this difference is greater than the threshold value, then in step 405, the desired collected cylinder status routine 400 is configured to maintain fresh air flow and intake manifold pressures to keep this difference within acceptable limits. Adjust either (or both). Referring to FIG. 2, this result can be achieved by controlling a supercharger drive 111 that is presumed to be a transmission. By changing the speed of the supercharger 110, it is possible to adjust the fresh air flow or intake manifold pressure. Alternatively, when the supercharger driving unit 111 is a fixed driving device, the setting of the bypass valve 139 is changed by the bypass valve actuator 140 so that the output of the supercharger is diverted to the input unit. Results are obtained.

図5に、実際の捕集されたラムダを制御できる例示的な制御機械化部を示す。この制御機械化部は、フィードフォワード制御部510およびフィードバック制御部512を備えた、捕集されたラムダ制御部を含む。捕集されたラムダフィードフォワード制御部510は、エンジン負荷および速度によってインデックスされたマップに基づいて、スーパーチャージャアクチュエータ設定点Θを出力する。このマップには、エンジン動力計テストに基づいた経験データが事前に入力され、ECU149内に、またはECU149によって格納されている。捕集されたラムダフィードバック制御部512は、加算器511で計算された(図4のステップ404)、望ましい捕集されたラムダと実際の捕集されたラムダとの間の誤差(eλtr)を受信し、この誤差を新鮮な空気流(ΔWair)または過給圧(ΔPim)に必要な変化に変換して、誤差を最小限にする。捕集されたラムダフィードバック制御部512は、PID制御部、利得予定済みPID制御部、または、スライディングモード制御部のようなその他の非線形制御部によって実現できる。スーパーチャージャアクチュエータ制御部513は、新鮮な空気流または過給圧に必要な変更を、使用のスーパーチャージャ駆動部111のタイプに応じて、バイパス弁位置または駆動比変化のいずれかに変換する。新鮮な空気流(または過給圧)の変化をスーパーチャージャ駆動部出力(ΔΘ)に変換するスーパーチャージャアクチュエータ制御部513は、スーパーチャージャ圧力比と速度と質量流量との間の関係を定義するスーパーチャージャモデル(物理的または経験的)と併用することで、PID制御部または利得予定済みPID制御部として実現することができる。514で、アクチュエータ制御部513からのスーパーチャージャ出力が、フィードフォワード制御部510の出力に加算される(または、サインに従って減算される)。すると、ECU149からスーパーチャージャアクチュエータに最後のスーパーチャージャアクチュエータ命令が送られる。スーパーチャージャ駆動部111の構造に応じて、スーパーチャージャ出力命令は、駆動部111への速度制御信号、またはバイパス弁アクチュエータ140への分流制御信号のいずれかとして提供される。 FIG. 5 illustrates an exemplary control mechanization that can control the actual collected lambda. The control mechanization unit includes a collected lambda control unit with a feedforward control unit 510 and a feedback control unit 512. The collected lambda feedforward controller 510 outputs a supercharger actuator set point Θ based on a map indexed by engine load and speed. In this map, experience data based on the engine dynamometer test is input in advance and stored in the ECU 149 or by the ECU 149. The collected lambda feedback controller 512 calculates the error (e λtr ) between the desired collected lambda and the actual collected lambda, calculated by the adder 511 (step 404 in FIG. 4). Receive and convert this error into the required change in fresh air flow (ΔW air ) or boost pressure (ΔP im ) to minimize the error. The collected lambda feedback control unit 512 can be realized by another non-linear control unit such as a PID control unit, a gain-scheduled PID control unit, or a sliding mode control unit. The supercharger actuator controller 513 converts the changes necessary for fresh air flow or supercharging pressure into either a bypass valve position or a drive ratio change, depending on the type of supercharger drive 111 used. A supercharger actuator controller 513, which converts the change in fresh air flow (or supercharging pressure) into a supercharger drive output (ΔΘ), defines the relationship between the supercharger pressure ratio, speed and mass flow. By using together with a charger model (physical or empirical), it can be realized as a PID control unit or a PID control unit with a planned gain. At 514, the supercharger output from actuator controller 513 is added to the output of feedforward controller 510 (or subtracted according to the sign). Then, the last supercharger actuator command is sent from the ECU 149 to the supercharger actuator. Depending on the structure of the supercharger drive 111, the supercharger output command is provided as either a speed control signal to the drive 111 or a shunt control signal to the bypass valve actuator 140.

実際の捕集された既燃ガス割合と望ましい捕集された既燃ガス割合との間の誤差を最小化するために、ルーチンがEGR弁138を用いてEGR流量を変更する点を除き、捕集された既燃ガス割合の制御は捕集されたラムダの場合と同じ方式で行われる。そのため、図4に示す通り、ステップ406では、望ましい捕集された気筒状態ルーチン400は、実際の捕集された既燃ガス割合数値について、これを望ましい捕集された既燃ガス割合数値と比較することで評価する。この比較工程は、実際の捕集された値から望ましい捕集された値を減算することを含むことが好ましい。この差異の絶対値が閾値よりも大きい場合には、この差異を許容可能な限度内に抑えるべく、ルーチン400が、ステップ407でEGR流量を調整する。図2を参照すると、この結果は、アクチュエータ141でEGR値138の設定を制御することにより達成できる。   Except that the routine uses the EGR valve 138 to change the EGR flow rate in order to minimize the error between the actual collected burned gas rate and the desired collected burned gas rate. Control of the collected burned gas ratio is performed in the same manner as in the case of collected lambda. Therefore, as shown in FIG. 4, at step 406, the desired collected cylinder state routine 400 compares the actual collected burned gas rate value with the desired collected burned gas rate value. To evaluate. This comparison step preferably includes subtracting the desired collected value from the actual collected value. If the absolute value of this difference is greater than the threshold, routine 400 adjusts the EGR flow at step 407 to keep this difference within acceptable limits. Referring to FIG. 2, this result can be achieved by controlling the setting of the EGR value 138 with the actuator 141.

図5に、実際の捕集された既燃ガス割合を制御できる例示的な制御機械化部を示す。この制御機械化部は、フィードフォワード制御部520およびフィードバック制御部522を具備した捕集された既燃ガス割合制御部を含む。捕集された既燃ガス割合フィードフォワード制御部520は、エンジン負荷および速度によってインデックスされたマップに基づいて、EGR値設定点Θを出力する。このマップには、エンジン動力計テストに基づく経験データが事前に入力され、ECU149内に、またはECU149によって格納されている。捕集された既燃ガス割合フィードバック制御部522は、加算器521が計算した(図4のステップ406)、望ましい捕集された既燃ガス割合と実際の捕集された既燃ガス割合との間の誤差(eBFtr)を受信し、この誤差を、誤差を最小化するためにEGR流(ΔWEGR)に必要である変化に変換する。捕集された既燃ガス割合フィードバック制御部522は、PID制御部、利得予定済みPID制御部、または、スライディングモード制御部のようなその他の非直線制御部によって実現できる。EGRバルブアクチュエータ制御部523は、EGR流に必要な変更をEGR弁位置に変換する。EGR流変更をEGRアクチュエータ出力(ΔΘ)に変換するEGRアクチュエータ制御部523は、EGRモデル(物理的または経験的)と併用することで、PID制御部または利得予定済みPID制御部として実現することができる。524で、アクチュエータ制御部523からのEGRアクチュエータ出力が、フィードフォワード制御部520の出力に加算される(または、サインに応じて減算される)。すると、ECU149によって最後のEGR弁アクチュエータ命令がEGR弁アクチュエータへ送られる。EGR弁アクチュエータ命令は、EGR制御信号としてEGR弁アクチュエータ141に提供される。 FIG. 5 shows an exemplary control mechanization that can control the actual collected burned gas fraction. The control mechanization unit includes a collected burned gas ratio control unit including a feedforward control unit 520 and a feedback control unit 522. The collected burned gas ratio feedforward control unit 520 outputs an EGR value set point Θ based on a map indexed by engine load and speed. In this map, experience data based on the engine dynamometer test is input in advance and stored in the ECU 149 or by the ECU 149. The collected burned gas ratio feedback control unit 522 calculates the desired collected burned gas ratio and the actual collected burned gas ratio calculated by the adder 521 (step 406 in FIG. 4). The error in between (e BFtr ) is received and this error is converted into the change necessary for the EGR flow (ΔW EGR ) to minimize the error. The collected burned gas ratio feedback control unit 522 can be realized by another non-linear control unit such as a PID control unit, a gain scheduled PID control unit, or a sliding mode control unit. The EGR valve actuator control unit 523 converts a change necessary for the EGR flow into an EGR valve position. The EGR actuator control unit 523 that converts the EGR flow change into the EGR actuator output (ΔΘ) can be realized as a PID control unit or a gain-scheduled PID control unit in combination with an EGR model (physical or empirical). it can. At 524, the EGR actuator output from the actuator controller 523 is added to the output of the feedforward controller 520 (or subtracted depending on the sign). Then, the last EGR valve actuator command is sent by the ECU 149 to the EGR valve actuator. The EGR valve actuator command is provided to the EGR valve actuator 141 as an EGR control signal.

再び図4を参照すると、捕集(トラップ)されたラムダと捕集された既燃ガス割合の誤差が最小化されると、望ましい捕集された気筒状態ルーチン400は、次にステップ408で、実際の捕集された温度を事前定義された値と比較する。この事前定義された捕集された温度の値は、エンジン動力計テストに基づいて求められ、ECU149内に、またはECU149によって格納される。実際の捕集された温度がこの事前定義された温度よりも高いと分かった場合には、ステップ409で、ルーチン400が望ましい捕集されたラムダ設定点と望ましい捕集された既燃ガス割合設定点を調整して、捕集された温度が排出に与える影響が最小化されるようにする。再び図5を参照すると、望ましい捕集されたラムダと捕集された既燃ガス割合への調整は、502にて(例えば数式42により)推定した、捕集された温度でインデックスされたルックアップテーブル515、525に基づいて行われる。これらのルックアップテーブルのための値は、エンジン動力計テストによって求められ、ECU149に、またはECU149によって格納される。次に、ステップ409で、捕集されたおよび望ましいラムダ設定点(図5の516、511を介する)と、捕集されたおよび望ましい捕集された既燃ガス割合設定点(図5の526、521を介する)とのそれぞれの間の誤差を最小化するべく、ルーチン400がスーパーチャージャアクチュエータ出力およびEGR弁位置を再調整する。   Referring again to FIG. 4, once the error between the trapped lambda and the trapped burned gas ratio is minimized, the desired trapped cylinder state routine 400 then proceeds to step 408. Compare the actual collected temperature with a predefined value. This predefined collected temperature value is determined based on an engine dynamometer test and stored in or by ECU 149. If the actual collected temperature is found to be higher than this predefined temperature, then at step 409, routine 400 determines the desired collected lambda set point and the desired collected burned gas rate setting. Adjust the points so that the effect of the collected temperature on the discharge is minimized. Referring again to FIG. 5, adjustments to the desired collected lambda and collected burnt gas fraction are indexed at the collected temperature estimated at 502 (eg, by Equation 42). This is performed based on the tables 515 and 525. Values for these look-up tables are determined by engine dynamometer tests and stored in or by ECU 149. Next, at step 409, the collected and desired lambda set point (via 516, 511 in FIG. 5) and the collected and desired collected burned gas fraction set point (526, FIG. 5). Routine 400 readjusts the supercharger actuator output and EGR valve position to minimize the error between each.

エンジンが或る運転点(エンジン負荷および速度)から別の運転点(エンジン負荷および速度)へ移行する際に、上で述べたループ300およびルーチン400が連続して繰り返される。   As the engine transitions from one operating point (engine load and speed) to another operating point (engine load and speed), the loop 300 and routine 400 described above are repeated continuously.

本明細書にて図示および説明したエアハンドリング制御の実施形態は、マニホルド125、130の状態に基づく実際のパラメータ値が、エンジン気筒に起因するとしているが、しかし、量産エンジンの1つ以上の気筒上に、関連するセンサを配置および運転することをコストとスペースが許容すると仮定すれば、関与する原理を個々の気筒自体に適用できることが当業者には明白なはずである。さらに、望ましいパラメータ値は、これらの値を、例えば動力計内で運転中のユニフロー掃気式2ストロークサイクル対向ピストンエンジンの1つの気筒のポートの閉鎖回数とマップまたは同期させる経験的方法から取得できる。   The air handling control embodiments shown and described herein assume that the actual parameter values based on the state of the manifolds 125, 130 are attributed to the engine cylinders, but one or more cylinders of a production engine. Above, it should be apparent to those skilled in the art that the principles involved can be applied to the individual cylinders themselves, given the cost and space allowed to place and operate the associated sensors. Further, desirable parameter values can be obtained from empirical methods that map or synchronize these values with, for example, the number of port closures of one cylinder of a uniflow scavenging two-stroke cycle opposed piston engine operating in a dynamometer.

本明細書で図示および説明したエアハンドリング実施形態を、ユニフロー掃気付き、およびEGRループ装備の、2ストロークサイクル対向ピストンエンジンを参照して図示および説明してきたが、当業者には、パラメータのうち特定のものが、ユニフロー掃気付きであるが、EGRを装備していない2ストロークサイクル対向ピストンエンジンにおけるエアハンドリングシステムでも役立つことが理解されるはずである。例えば、捕集されたラムダは、上述のエンジンの排出を低減するべくエアハンドリング操作を最適化する上で有用なパラメータである。これについては数式2を参照されたい。   Although the air handling embodiments shown and described herein have been shown and described with reference to a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging and EGR loop, those skilled in the art will be able to identify certain parameters. It should be understood that this is also useful in an air handling system in a two-stroke cycle opposed piston engine with uniflow scavenging but not equipped with EGR. For example, collected lambda is a useful parameter in optimizing the air handling operation to reduce the engine emissions described above. Refer to Equation 2 for this.

エアハンドリング制御方法を2つのクランクシャフトを具備した対向エンジンを参照して説明したが、これらの構造は1つ以上のクランクシャフトを具備した対向ピストンエンジンに適用可能であることが理解されるべきである。さらに、これらの構造の様々な態様は、対向配置された、および/または1つ以上のクランクシャフトのいずれかの側に配置された、ポート付き気筒を具備する対向ピストンエンジンに適用することができる。したがって、これらの構造に付与される保護は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。   Although the air handling control method has been described with reference to an opposed engine with two crankshafts, it should be understood that these structures are applicable to opposed piston engines with more than one crankshaft. is there. Furthermore, various aspects of these structures can be applied to opposed piston engines with ported cylinders that are opposed and / or located on either side of one or more crankshafts. . Accordingly, the protection afforded to these structures is limited only by the following claims.

Claims (18)

ボア(52)、軸方向に離間した排気ポート(54)および吸気ポート(56)、前記ボア内に対向配置され、エンジンの運転中に前記排気ポートおよび吸気ポートを開閉するように動作可能な1対のピストン(60、62)を設けた少なくとも1の気筒(50)と、少なくとも1つの吸気ポートに給気を供給する給気チャネル(126)と、少なくとも1つの排気ポートから排気を受容する排気チャネル(124)と、給気チャネル内に給気を送り込むべく動作するスーパーチャージャ(110)とを備えている、エアハンドリングシステム(51)を装備したユニフロー掃気式対向ピストンエンジンであって、
制御機械化部(149)は、エンジン運転状態に応答して第1の捕集されたエアハンドリングパラメータ(307)の値を求めるべく、また、前記求めた前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータの値に基づいて、給気チャネル(126)内の給気流を調整するべく動作することを特徴とする、ユニフロー掃気式対向ピストンエンジン。
A bore (52), an axially spaced exhaust port (54), and an intake port (56) are disposed oppositely in the bore and are operable to open and close the exhaust port and the intake port during engine operation. At least one cylinder (50) provided with a pair of pistons (60, 62), an air supply channel (126) for supplying air to at least one intake port, and an exhaust for receiving exhaust from at least one exhaust port A uniflow scavenging opposed piston engine equipped with an air handling system (51), comprising a channel (124) and a supercharger (110) operating to feed air into the air supply channel,
The control mechanization unit (149) determines the value of the first collected air handling parameter (307) in response to the engine operating state, and also determines the first collected air handling parameter obtained. A uniflow scavenging oncoming piston engine, characterized in that it operates to adjust the airflow in the air supply channel (126) based on the value of.
前記制御機械化部(149)は、前記スーパーチャージャ(110)の速度(514)を変更することと、給気流を前記スーパーチャージャ(110)の出力部から入力部へ分流させる第1弁(139)を動作させることとのうちの一方によって、前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記求めた値に基づいて給気流を調整するように動作可能である、請求項1に記載の対向ピストンエンジン。   The control mechanization unit (149) changes the speed (514) of the supercharger (110), and the first valve (139) diverts the supplied air flow from the output unit of the supercharger (110) to the input unit. The opposed piston of claim 1, wherein the opposed piston is operable to adjust a supply air flow based on the determined value of the first collected air handling parameter. engine. 前記エンジンは、前記排気チャネル(124)に結合したループ入力部と、前記給気チャネル(126)に結合したループ出力部とを設けた排気再循環(EGR)ループ(131)を含み、前記制御機構(149)は、さらに、前記エンジン運転状態に応答して、第2の捕集されたエアハンドリングパラメータ(308)の値を求めるように、また、前記第2の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記求めた値に基づいて、前記EGRループ(131)内のEGR流を調整するように動作可能である、請求項1に記載の対向ピストンエンジン。   The engine includes an exhaust recirculation (EGR) loop (131) provided with a loop input coupled to the exhaust channel (124) and a loop output coupled to the air supply channel (126), the control The mechanism (149) is further responsive to the engine operating condition to determine a value of the second captured air handling parameter (308), and the second captured air handling parameter. The opposed piston engine of claim 1, wherein the opposed piston engine is operable to adjust an EGR flow in the EGR loop (131) based on the determined value of. 前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集されたラムダ(λtr)であり、前記第2の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集された既燃ガス割合(BFtr)であり、さらに、前記制御機械化部(149)は、
求めた捕集されたラムダ(λtr)の値に基づいて、前記スーパーチャージャ(110)の速度(514)を変更することと、第1弁(139)を、給気流を前記スーパーチャージャ(110)の出力部から入力部へ分流させるように操作することとのうちの一方により、給気流を調整するべく動作可能であり、
求めた捕集された既燃ガス割合(BFtr)の値に基づいて、前記EGRループ(131)を通る排気流を増減するように第2弁(138)を動作させることによってEGR流を調整するべく動作可能である、請求項3に記載の対向ピストンエンジン。
The first collected air handling parameter is the collected lambda (λ tr ), and the second collected air handling parameter is the collected burned gas fraction (BF tr ). Furthermore, the control mechanization unit (149)
Based on the obtained value of the collected lambda (λ tr ), the speed (514) of the supercharger (110) is changed, and the first valve (139) is connected to the supercharger (110). ) To adjust the air supply by one of the operation of diverting from the output to the input.
The EGR flow is adjusted by operating the second valve (138) so as to increase or decrease the exhaust flow through the EGR loop (131) based on the value of the collected burned gas ratio (BF tr ) obtained. 4. The opposed piston engine of claim 3, operable to do so.
前記制御機械化部(149)は、
現在のエンジン運転状態に基づいて、実際の捕集されたラムダパラメータ値(502)を求めるように動作可能であり、
前記現在のエンジン運転状態について、望ましい捕集されたラムダパラメータ値(503)を求めるように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値(eλtr)を求めるように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、給気チャネル内に入る新鮮な空気流を変更することと、給気マニホルド圧を変更することとのうちの一方により、給気流(512)を調整するように動作可能である、請求項4に記載の対向ピストンエンジン。
The control mechanization unit (149)
Operable to determine an actual collected lambda parameter value (502) based on current engine operating conditions;
Operable to determine a desired collected lambda parameter value (503) for the current engine operating condition;
Operable to determine an error value (e λtr ) based on the difference between the actual lambda parameter value and the desired lambda parameter value;
Responsive to the error value, operating to adjust the air flow (512) by changing one of the fresh air flow entering the air supply channel and changing the air supply manifold pressure. The opposed piston engine of claim 4, which is possible.
前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータは、捕集されたラムダ(λtr)であり、前記制御機械化部(149)は、
前記現在のエンジン運転状態に基づいて、実際の捕集されたラムダパラメータ値(502)を求めるように動作可能であり、
前記現在のエンジン運転状態について、望ましい捕集されたラムダパラメータ値(503)を求めるように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値(eλtr)を求めるように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、新鮮な給気流を前記給気チャネル内に入るよう変更することと、吸気マニホルド圧を変更することとのうち一方によって、給気流(512)を調整するように動作可能である、請求項1に記載の対向ピストンエンジン。
The first collected air handling parameter is a collected lambda (λ tr ), and the control mechanization unit (149)
Operable to determine an actual collected lambda parameter value (502) based on the current engine operating conditions;
Operable to determine a desired collected lambda parameter value (503) for the current engine operating condition;
Operable to determine an error value (e λtr ) based on the difference between the actual lambda parameter value and the desired lambda parameter value;
Responsive to the error value, operating to adjust the air supply (512) by changing one of the fresh air supply to enter the air supply channel and changing the intake manifold pressure. The opposed piston engine of claim 1, which is possible.
前記制御機械化部(149)は、前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記求めた値に基づいて、前記スーパーチャージャの入口に供給された空気の流れと、前記吸気ポートに送り込まれる給気の圧力とを調整する(512)ように動作可能である、請求項1に記載の対向ピストンエンジン。   The control mechanization unit (149) is configured to control the flow of air supplied to the inlet of the supercharger and the supply air supplied to the intake port based on the determined value of the first collected air handling parameter. The opposed piston engine of claim 1, wherein the opposed piston engine is operable to regulate (512) the pressure of the air. 前記第1の捕集されたエアハンドリングパラメータは捕集されたラムダ(λtr)であり、前記制御機械化部(149)は、
前記エンジン運転状態に基づいて、実際の捕集されたラムダパラメータ値(502)を求めるように動作可能であり、
前記エンジン運転状態について、望ましい捕集されたラムダパラメータ値(503)を求めるように動作可能であり、
前記実際のラムダパラメータ値と望ましいラムダパラメータ値との間の差異に基づいて、誤差値(eλtr)を求めるように動作可能であり、
前記誤差値に応答して、前記スーパーチャージャ(110)の前記速度を調整するように動作可能であり、
前記スーパーチャージャの出力部を前記スーパーチャージャの入力部に結合する弁(139)の状態を調整するように動作可能である、請求項7に記載の対向ピストンエンジン
The first collected air handling parameter is a collected lambda (λ tr ), and the control mechanization unit (149)
Operable to determine an actual collected lambda parameter value (502) based on the engine operating condition;
Operable to determine a desired collected lambda parameter value (503) for the engine operating condition;
Operable to determine an error value (e λtr ) based on the difference between the actual lambda parameter value and the desired lambda parameter value;
Responsive to the error value, operable to adjust the speed of the supercharger (110);
The opposed piston engine of claim 7, operable to adjust a state of a valve (139) coupling the supercharger output to the supercharger input.
前記給気チャネル(126)への排気の流れを規制するように動作可能な弁(138)をEGRループ(131)内にさらに含み、前記制御機械化部(149)は、前記第2の捕集されたエアハンドリングパラメータの前記求めた値に基づいて、前記EGRループを通る排気の流れを調整するように動作可能である、請求項3に記載の対向ピストンエンジン。   The EGR loop (131) further includes a valve (138) operable to regulate the flow of exhaust gas to the air supply channel (126), and the control mechanization (149) includes the second collection The opposed piston engine of claim 3, wherein the opposed piston engine is operable to adjust an exhaust flow through the EGR loop based on the determined value of a measured air handling parameter. 前記第2の捕集されたエアハンドリングパラメータは、捕集された既燃ガス割合(BFtr)であり、前記制御機械化部(149)は、
前記エンジン運転状態に基づいて、実際の捕集された既燃ガス割合パラメータ値(502)を求めるように動作可能であり、
前記エンジン運転状態について、望ましい捕集された既燃ガス割合パラメータ値(503)を求めるように動作可能であり、
前記実際のラムダ既燃ガス割合値と望ましいラムダ既燃ガス割合値との差異に基づいて、誤差値(eBFtr)を求めるように動作可能であり、
前記誤差値に基づいて前記弁(138)の前記設定(523)を調整するように動作可能である、請求項9に記載の対向ピストンエンジン。
The second collected air handling parameter is a collected burned gas ratio (BF tr ), and the control mechanization unit (149)
Operable to determine an actual collected burned gas ratio parameter value (502) based on the engine operating condition;
Operable to determine a desired collected burned gas ratio parameter value (503) for the engine operating condition;
Based on the difference between the actual lambda burned gas ratio value and the desired lambda burned gas ratio value, and is operable to determine an error value (e BFtr );
The opposed-piston engine of claim 9, operable to adjust the setting (523) of the valve (138) based on the error value.
請求項1に記載の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
前記エンジンの少なくとも1つのポート付き気筒(50)内で排気を生成することと、
排気を前記ポート付き気筒の排気ポート(54)から排気チャネル(124)を通って搬送することと、
前記排気の一部を、前記排気チャネルからEGRループ(131)を通って再循環させることと、
新鮮な空気(122)を加圧することと、
再循環された前記EGRループからの排気を前記加圧した新鮮な空気と混合して、給気を形成することと、
前記給気をスーパーチャージャ(110)で加圧することと、
前記加圧給気を前記ポート付き気筒の吸気ポート(56)に提供することと、
エンジン運転状態に応答して、捕集されたエアハンドリングパラメータの値を求めること(307、308)と、
前記求めた値に基づいて、前記吸気ポートへの給気流を調整する(512)こととを含む、方法。
A method for operating the opposed piston engine of claim 1, comprising:
Generating exhaust in at least one ported cylinder (50) of the engine;
Conveying exhaust through an exhaust channel (124) from an exhaust port (54) of the ported cylinder;
Recirculating a portion of the exhaust from the exhaust channel through an EGR loop (131);
Pressurizing fresh air (122);
Mixing the recirculated exhaust from the EGR loop with the pressurized fresh air to form an air supply;
Pressurizing the air supply with a supercharger (110);
Providing the pressurized air supply to an intake port (56) of the ported cylinder;
Determining the value of the collected air handling parameters in response to engine operating conditions (307, 308);
Adjusting (512) an air supply to the intake port based on the determined value.
給気流を調整することは、前記スーパーチャージャ(110)の速度を変更することと、給気流を前記スーパーチャージャの出力部から入力部へ分流させるように第1弁(139)を動作させることとのうち一方を含む、請求項11に記載の方法。   Adjusting the supply air flow includes changing the speed of the supercharger (110) and operating the first valve (139) to divert the supply air flow from the output part of the supercharger to the input part. 12. The method of claim 11, comprising one of 前記求めた値に基づいて、前記EGRループ(131)内の排気ガス流を調整する(522)ことをさらに含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, further comprising adjusting (522) an exhaust gas flow in the EGR loop (131) based on the determined value. 前記EGRループ内の排気流を調整することは、前記EGRループ(131)を通る排気流を増減するように第2弁(138)を動作させることを含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein adjusting the exhaust flow within the EGR loop comprises operating a second valve (138) to increase or decrease the exhaust flow through the EGR loop (131). 請求項1の対向ピストンエンジンを運転する方法であって、
新鮮な空気(122)を加圧して給気を形成することと、
前記給気を前記スーパーチャージャ(110)で加圧することと、
前記加圧給気を前記エンジンの吸気マニホルド(130)に供給することと、
エンジン運転状態に応答して、気筒(50)の排気ポート(54)と吸気ポート(56)のうち一方の閉鎖に基づき、捕集されたラムダパラメータの値を求めることと、
前記求めた値に基づいて、前記吸気マニホルドへの給気流を調整する(512)こととを含む方法。
A method of operating the opposed piston engine of claim 1, comprising:
Pressurizing fresh air (122) to form an air supply;
Pressurizing the air supply with the supercharger (110);
Supplying the pressurized charge to the intake manifold (130) of the engine;
In response to engine operating conditions, determining the value of the collected lambda parameter based on closure of one of the exhaust port (54) and the intake port (56) of the cylinder (50);
Adjusting (512) a supply air flow to the intake manifold based on the determined value.
前記給気流を調整することは、前記スーパーチャージャ(110)の速度を変更することと、給気流を前記スーパーチャージャの出力部と入力部との間で分流するように第1弁(139)を動作させることとのうち一方を含む、請求項15に記載の方法。   The adjustment of the air supply flow includes changing the speed of the supercharger (110) and switching the first valve (139) so that the air supply flow is diverted between the output unit and the input unit of the supercharger. The method of claim 15, comprising one of operating. 前記求めた値に基づいて、前記エンジンのEGRループ内の排気流を調整する(522)ことをさらに含む、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, further comprising adjusting (522) an exhaust flow in an EGR loop of the engine based on the determined value. 前記EGRループ内の排気流を調整することは、前記EGRループを通る排気流を増減するべく第2弁(138)を動作させることを含む、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein adjusting the exhaust flow in the EGR loop includes operating a second valve (138) to increase or decrease the exhaust flow through the EGR loop.
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